1、蛋白组学概述
蛋白质组( proteome) 这一名词是由科学家 Wilkins 等在1995 年 7 月的《Electtophoresis》中[1]最早提出的,指一个基因组所表达的全部蛋白质,也可以说是指一种生物或一种细胞或组织或机体全部蛋白质的存在及其活动方式[2]。蛋白组学研究[3]所涉及的领域主要包含3 方面的内容: ①相互作用的蛋白组学: 即研究蛋白质间的互相作用,绘制某体系蛋白质作用的网络图谱; ②组成蛋白组学: 即是对某个体系蛋白质进行鉴定,细致描述其翻译后修饰的特性; ③比较蛋白组学: 其研究对象是重要生命过程或者人类的重大疾病,比较重要的生理和病理体系或过程的蛋白质表达。目前,临床研究中,最常用的是比较蛋白质组学。在一定的生理病理条件下(如疾病的不同发展阶段),比较研究各组成员表达水平,翻译后修饰等情况。发现并鉴定出有特征性的蛋白质,为疾病的发病机制,诊断及治疗提供靶点[4]。这一技术在临床疾病的发病机制,诊断及治疗研究中已得到了广泛的应用。
2、蛋白组学研究方法
蛋白质研究方法有很多,其中比较常用的蛋白组学研究方法有四种[5],分别是二维凝胶电泳法,生物质谱,蛋白质微阵列以及生物信息学,其中质谱技术被指出是蛋白组学研究的核心技术[6]。目前在通量及所包含的分子信息内容上,基于质谱的蛋白质组学技术在细胞生物学研究中可以鉴定和量化特定细胞生命过程中的功能性分子,例如质谱技术可在一次研究中鉴定几千个蛋白质分子,并可以给出蛋白质存在的分子修饰状况。
3、蛋白组学在中西医结合领域的研究应用
3.1 蛋白组学在诊断疾病方面的研究应用
王丽萍[7]等应用表面增强激光解吸/电离飞行时间质谱( SELDI -TOF -MS) 技术对 IgA 肾病血瘀证患者血清蛋白质组学进行研究,检测出M/Z 位于 2 687. 74、3 196. 19、8 567. 20、8 713. 48 的峰值既出现在健康人与IgA 肾病血瘀证患者的比较中,也出现在血瘀证与非血瘀证的比较中,这些蛋白峰可能就是血瘀证这个证型所特异的蛋白峰,通过这些特异的蛋白峰,我们可以对IgA肾病做出更加精确的诊断。卢红梅[8]等对 4 例早期糖尿病肾病肾阳虚证患者的血浆和4例正常人血浆进行荧光差异双向电泳 (2-D DIGE) 分析,成功建立糖尿病肾病肾阳虚证血浆和正常血浆的胶内差异双向凝胶电泳图谱,通过分析共鉴定出 9 种差异蛋白质,这些差异蛋白可能成为糖尿病肾病中医证型诊断的靶向性生物标记物,有助于发现糖尿病肾病肾阳虚证型的特异性蛋白质,发掘肾阳虚证型的物质基础。以上研究表明蛋白组学应用于中医证型的研究具有一定的可行性,为早期临床诊断提供了工具。另外,单个生物标记物可能无法准确的表示某一种疾病,所以,多个生物标志物如基于DNA,基于血液以及脑脊液等生物标志物的发现就显得尤为重要[9]。Joanna kisluk等人将蛋白组学的生物标志物运用于诊断非小细胞肺癌。在口腔中,有三种唾液蛋白(钙防卫蛋白,触珠蛋白HP2,和锌的α2糖蛋白)有可能被用作早期非小细胞肺癌诊断的工具。除此,组织间液与肿瘤直接相关,它是肿瘤特异性标志物的重要来源。将组织间液与原发性肿瘤邻近组织进行比较并且标识24肿瘤相关蛋白质(11上调和13下调),其中PRDX1水平升高6倍,与淋巴结转移和肿瘤分化显著相关[10]。
3.2 蛋白组学在治疗疾病方面的研究应用
通过调节疾病所带有的特异性蛋白质,对疾病的治疗具有价值。同时,分析给药之后与给药之前疾病所表现出的蛋白质差异,对疾病的治疗研究也有一定的益处。刘鹏[11]等应用 SELDI - TOF -MS 技术分析了清热解毒凉血化瘀中药对内毒素肝损伤大鼠蛋白质表达的影响[采用腹腔注射内毒素( LPS) 制作内毒素肝损伤模型大鼠]结果,模型组与中药组比较,血清中获得11 个表达明显差异蛋白质峰。相对于模型组,在中药干预组中高表达的为相对分子质量为4200 道尔顿的蛋白峰,低表达的有相对分子质量为 8984 道尔顿和 9 005 道尔顿的蛋白峰。从而推论,这三个蛋白质差异表达可能为清热解毒凉血化瘀中药抗内毒素肝损伤的重要分子机制。王丽萍[12]等通过血清蛋白质指纹图谱对IgA 肾病血瘀证患者治疗前后血清差异蛋白质表达峰进行筛选,推测 M/Z 为8 713. 48的蛋白峰可能为 IgAN 血瘀证的特异蛋白,通过调节 M/Z 为8 713.48 蛋白峰,可能是水蛭治疗 IgA肾病血瘀证的分子基础。千百年来,蛇足石杉被广泛运用来缓解疼痛,头晕,恶心,呕吐。其主要活性成分石杉碱甲是乙酰胆碱酯酶抑制剂,一项最新蛋白组学研究使用离心反应堆和Nano Lc-MS/MS研究石杉碱甲对神经细胞的影响表明通过降低P53的浓度能够使来自于淀粉样蛋白β-induced细胞的hupreazine A protects N2a 细胞死亡[13]。
3.3 探索疾病的发病机制
参与机体防御,催化代谢反应,调节物质代谢和生理活动等功能都是由蛋白质参与产生的。疾病所导致某些蛋白调定点的上移或者降低,影响蛋白质生理功能的实现,从而产生某些疾病所表现出的特定症状。宋雪娇[14]等建立脾阴虚大鼠模型,利用蛋白质组学技术,观察了脾阴虚实验组与健康对照组大鼠回肠组织的蛋白表达变化,获取6 个蛋白表达差异点。其中有1 个蛋白点表达下调,它是作为分子伴侣、保护细胞、与感染有关、与免疫调节有关、与细胞凋亡有关的细胞信号通路蛋白―热休克蛋白90。Sung[15]等利用二维凝胶电泳技术对动脉粥样硬化(atherosclerosis,AS)的发病机制进行探索,结果发现AS患者中有39种蛋白与正常人不同,其中有27种在MS-fit蛋白质数据库中得到确认,这些蛋白涉及许多生物学反应,包括钙离子介导的血管平滑肌细胞迁移、基质金属蛋白酶激活、前炎症细胞因子的调节等。姜红娟等研究发现HSP70,Eotaxin,VDBP在ICS治疗前后表达有显著差异,其中HSP70可以通过调节突触融合蛋白的表达调节哮喘炎症细胞及炎症介质的释放,且其表达受地塞米松的控制[16]。
4、蛋白组学应用于中西医结合领域的优势
蛋白组学的飞速发展为中医“证”的研究开辟了新的途径。在证候理论指导下,运用蛋白质组学的方法,通过探讨证候,揭示与某一证候形成相关的所有蛋白质及其特征,在整体蛋白质表达的水平上阐明证候的本质,为整体评价证候实质提供可能[17]。研究中医证候的蛋白质组学可能揭示其科学内涵[18]。以上研究成果也表明,以蛋白质组学为切入点对疾病中医证候的实质进行研究的思路具有极大地可行性,有利于从微观的角度动态地了解证候的物质基础[19]。同时,通过血浆蛋白组学可以将疾病预后分层[20]这与与中医疾病预后判断正邪进退有一定关联,对中医判断预后有一定指导意义。
5、蛋白质组学应用于中西医结合领域的不足
蛋白组学研究技术的局限性:(1)目前研究技术对于鉴定极端性质蛋白质如:极酸、极碱、小分子蛋白等能力仍有限[18]。(2)蛋白组学研究尚处于初级阶段,仍然具有较大发展空间:大部分研究停留在对蛋白质组表达差异现象的描述上,对差异蛋白所具有的生物学意义以及它们之间的相互联系和作用研究很少,对靶点的探索研究也很少[21]。(3)蛋白质组数据和模型的整合方法有待提高:为了利用蛋白质组数据,我们必须找到办法来整合数据和模型的发展,了解细胞和器官的复杂性[22]。(4)中药应用于临床是有限的,因为其具体的药理学作用机制仍不是十分明确。
6、前景
蛋白组学从蛋白质层面探寻生命的活动,为疾病的治疗带来了曙光。但由于蛋白质组成和结构的复杂性,高丰度蛋白的处理技术,蛋白分离技术的局限 [23]以及中医症候的不确定性,使其在中西医结合领域的研究范围受到了一定的限制,但是技术不会一成不变,相信在未来的发展中,蛋白组学在中西医结合领域的应用将会更加广泛。
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